Лекция 13. НАДЕЖНОСТЬ ГЕРМЕТИЗИРУЮЩИХ СИСТЕМ

Лекция 13. Надежность герметизирующих систем

Надежность герметизирующей системы – комплексное свойство системы затруднять массообмен между герметизируемой и окружающей средами, сохраняя в установленных пределах параметры утечки и другие характеристики работоспособности при определенных условиях эксплуатации.

Отказ, т.е. нарушение работоспособности системы, не всегда сопровождается ее полной разгерметизацией. Отказ герметизирующей системы – снижение степени герметичности ниже установленного уровня, когда утечка не соответствует техническим условиям. Он наступает вследствие недопустимых изменений структуру системы, взаимодействия элементов или их свойств под влиянием внутренних физико-химических процессов (коррозия, заедание соединения, диффузия сред и др.), внешних механических (ударные, нагрузки, перепады давления, вибрация т.п.), климатических (атмосферное старение, температурное «расслабление» соединений, намерзание и др.) или иных воздействии.

Классификация отказов герметизирующих систем включает следующие основные понятия. По скорости изменения степени герметичности различают отказы внезапные (например, вследствие разрушения герметизатора) или постепенные, которые сопровождаются медленным выходом параметров герметичности из допусков, установленных техническими условиями (из-за износа, старения, ползучести элементов). Отказ элемента может быть независимыми или зависимым, являющимся следствием отказа другого элемента или нарушения взаимодействия элементов. По критерию сохранения системой работоспособности различают полный или частичный отказ. Устойчивый отказ устраняют с помощью специальных мер восстановления системы, самоустраняющийся исчезает автоматически, как, например, «расслабление» соединений после восстановления рабочей температуры трубопровода или пробой магнитожидкостных уплотнений.

При анализе причин разгерметизации выделяют следующие группы отказов. Конструкционные отказы имеют в основе ошибки, допущенные при проектировании системы. Технологические – возникают из-за ошибок производства, например, нарушения или несовершенства принятой технологии изготовления системы и др. Эксплуатационные отказы вызваны нарушением правил эксплуатации системы или влиянием факторов, не предусмотренных условиями нормальной эксплуатации. Интенсивность отказов герметизирующей системы вычисляют по формуле

где N_a и N_o– количество исправных и отказавшихэлементов системы за время τ. Величина λ существенно зависит от конструкционно-технологических факторов и условий эксплуатации системы. В общем виде надежность герметизирующей системы выражена уравнением, описывающим вероятность безотказной работы:

Наработка герметизирующей системы – продолжительность ее функционирования с требуемой степенью герметичности. Среднее время безотказной работы системы или наработка на отказ рассчитывается по формуле

где t_i – наработка до отказа каждого из N элементов герметизи-рующей системы.

С помощью этой характеристики удобно оценивать надежность герметизаторов или других простых элементов герметизирующей системы, не подлежащих ремонту.

Технический ресурс герметизирующей системы – наработка до достижения системой предельного состояния, не обеспечивающего требуемую степень герметичности. Срок службы – предельное время функционирования герметизирующей системы от начала эксплуатации, включающее ресурс и простои системы из-за ремонтов, по организационным причинам и т.д.

Неисправность герметизирующей системы – состояние, при котором она не соответствует одному или нескольким критериям: герметичности, удобству эксплуатации, внешнему виду, комплектности и т.п. Это более общее понятие, чем отказ. Однако, не все неисправности являются причиной отказа. Таблицы 8 и 9 отражают статистические данные испытаний герметизирующих систем. Видно, что неисправности, приводящие к отказу, можно объединить в группы, соответствующие элементам системы. Первая из них включает неисправности, вызванные повреждением материалов и утратой ими служебных свойств. Во вторую входят неисправности, возникшие из-за нарушения взаимодействия элементов системы, например, вследствие коррозии, низкой скорости вращения элементов бесконтактных уплотнений активной группы, ползучести и т.д. Третью группу составляют неисправности вспомогательных деталей и узлов, обеспечивающих работоспособность герметизатора.

К ним относятся устройства для поддержания контактного давления, привод вращающихся деталей дисковых, центробежных, лопастных уплотнений, электромагнитные системы индукционных уплотнений и т.д. Соединение элементов

Таблица 8 – Основные неисправности контактных уплотнений

Вид неисправности	Причина
Нарушение взаимодействия герметизатора и сопряженной детали	Износ	Жесткие режимы трения
		Коррозия
		Попадание абразива
		Грубая обработка поверхности
	Деформация герметизатора	Диффузия сред
		Давление сред
		Ползучесть
		Перепад температуры
	Схватывание	Чрезмерная затяжка
		Коррозия
		Перепад температур
	Повреждение герметизатора
	Релаксация	Повреждение упругого элемента уплотнения	Поломка
			Утрата упругости
		Биение, вибрация
Негерметичность герметизатора и эластичного элемента	Механическое повреждение
	Старение материала под действием	Облучения
		Сред
		Нагревания
		Механических нагрузок
Разгерметизация соединений	Коррозия материалов
	Ослабление посадки
	Механическое повреждение
	Расслоение клеевых соединений

Таблица 9 – Основные неисправности бесконтактных уплотнений

Класс уплот-нений	Вид уплот-нений	Неисправность	Причина
Активные	Вихревые	Повреждение привода	Механическое, химическое, тепловое повреждение материала и др.
		Искажение профиля и величины зазора	Механическое, химическое, тепловое повреждение материала и износ
		Изменение фазового состояния герметизируемой среды	Изменение температуры герметизируемой или окружающей среды
	Массовые	Унос разделительной жидкости	Испарение, выкипание, перепад давления
		Старение разделительной жидкости	Термоокислительная деструкция
		Повреждение привода и ротора	Механическое, химическое, тепловое повреждение материала и износ
	Вязкостные	Изменение вязкости жидкости	Изменение состава жидкости, изменение температуры эксплуатации
		Утрата магнитной жидкостью коллоидной стабильности	Старение компонентов, коагуляция
		Повреждение электромагнитной системы	Электротехнические повреждения
Пассивные	Вязкостные	Изменение вязкости жидкости	Изменение состава жидкости, изменение температуры эксплуатации
		Изменение величины зазора	Коррозия
			Механическое повреждение
			Набухание
			Облитерация
			Тепловая деформация
			Попадание абразива
		Выдавливание разделительной жидкости	Перепад давления

Продолжение табл. 9

Массовые	Испарение разделительной жидкости	Повышение температуры герметизируемой или окружающей среды
	Старение разделительно жидкости	Механические нагрузки
		Окисление
		Облучение
		Взаимодействие со средами и материалами
Вихревые	Повреждение герметизатора	Нарушение режима работы, абразивный износ
Вихревые	Изменение величины и профиля зазора	Механическое, химическое, тепловое повреждение материала и износ

герметизирующей системы должно быть таким, чтобы неисправности не всегда приводили к отказу, а вероятность безотказной работы системы была бы наибольшей.

Стремление повысить герметичность подвижных уплотнений обычно приводит к снижению их ресурса, поэтому для оценки совершенства конструкции определяют наработку, приходящуюся на единицу утечки.

Для повышения надежности герметизирующих систем целесообразно сокращать периметр внешних (соприкасающихся с окружающей средой) соединений, заменять разъемные герметизирующие соединения неразъемными, контактные уплотнения бесконтактными, применять вместо подвижных контактных уплотнений разделительные. Ресурс герметизирующих систем заметно возрастает после устранения технологических неисправностей – биений валов, загрязнений герметизируемых сред, некачественной обработки сопряженных поверхностей в соединении и т.д.

контрольные вопросы:

1. Определите понятие отказа герметизирующей системы.

2. Назовите основные виды неисправностей контактных уплотнений.

3. Чем может быть обусловлено изменение вязкости жидкости вязкостного типа уплотнения?

4. Что такое ресурс работы герметизирующей системы?